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1、同步电机同步电机n n同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系n n同步发电机对称运行时的特性同步发电机对称运行时的特性n n同步发电机并网运行同步发电机并网运行1同步电机的基本特点：同步电机的基本特点：n=n1n nn n1 1=60=60f f1 1/P/P，f f1 1电网频率电网频率n n同步电机的用途：主要作发电机；电动同步电机的用途：主要作发电机；电动机；同步调相机。机；同步调相机。n n主要介绍同步电机的结构、分析方法、主要介绍同步电机的结构、分析方法、运行特性和它的各种参数。运行特性和它的各种参数。2同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系16-1 16-1 同
2、步电机的基本工作原理同步电机的基本工作原理转子绕组通以直流电流转子绕组通以直流电流 形成分布磁场，形成分布磁场， 匝链定子上的各相绕组匝链定子上的各相绕组 。定子上嵌放有定子上嵌放有对称对称三三 相绕组相绕组a-xa-x、b-yb-y、c-zc-zSNnIf同步电机的基本结构同步电机的基本结构3同步电机与异步电机的根本区别是旋转的转子通入直流电流励磁转子通直流电流 If励磁磁场Bf电枢感应 电势随转子旋转 角速度SNnea三相对称负 载运行时旋转基波 磁势三相对称电 枢电流 iabc(同步电机)ebecIf416-2 16-2 同步电机的构造特点同步电机的构造特点n n同步电机一般采用同步电机
3、一般采用旋转磁极式结构旋转磁极式结构，根据磁极，根据磁极 形状可分为形状可分为隐极隐极和和凸极凸极两种型式。两种型式。 凸极同步电机气隙不均匀，适合于中速或低速旋转场合凸极同步电机气隙不均匀，适合于中速或低速旋转场合 隐极同步电机在不考虑齿槽效应时，气隙均匀，适合于隐极同步电机在不考虑齿槽效应时，气隙均匀，适合于 高速旋转高速旋转5国产国产300MW300MW汽轮发电机汽轮发电机61 1、汽轮发电机结构、汽轮发电机结构300MW水氢冷发电机结构7隐极同步电机结构实物图隐极同步电机结构实物图大型汽轮发电机定子铁心槽大型汽轮发电机定子铁心槽汽轮发电机完工后的定子汽轮发电机完工后的定子81 1、汽轮
4、发电机结构、汽轮发电机结构（1 1）定子铁心）定子铁心思考：定子铁心为什么要用思考：定子铁心为什么要用0.5mm0.5mm的硅钢片叠裝？的硅钢片叠裝？91 1、汽轮发电机结构、汽轮发电机结构（2 2）定子绕组）定子绕组101 1、汽轮发电机结构、汽轮发电机结构 111213汽轮发电机组142 2、水轮发电机结构、水轮发电机结构(1)(1)立式水轮发电机立式水轮发电机(2)(2)卧式水轮发电机卧式水轮发电机152 2、水轮发电机结构、水轮发电机结构(3)(3)灯泡贯流式水轮发电机灯泡贯流式水轮发电机16凸极同步电机凸极同步电机结构实物图结构实物图带阻尼绕组的凸极同步电机转子带阻尼绕组的凸极同步电
5、机转子水轮发电机定子分段铁心水轮发电机定子分段铁心1718192021凸极同步电机凸极同步电机凸极同步电机转子由磁极、励磁线圈、磁轭和阻尼绕凸极同步电机转子由磁极、励磁线圈、磁轭和阻尼绕组等部分构成。组等部分构成。凸极同步电机的定子结构与隐极同步电机或异步电机的凸极同步电机的定子结构与隐极同步电机或异步电机的基本相同，所不同的只是转子结构。基本相同，所不同的只是转子结构。22同步电机的构造特点同步电机的构造特点n n1 1、定子：铁心，绕组、定子：铁心，绕组n n2 2、转子：凸极式、转子：凸极式隐极式隐极式n n3 3 气隙：气隙：比异步电机大比异步电机大。气隙处于电枢内圆和转气隙处于电枢内
6、圆和转子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁场的分布和同步电机的性能有重大影响。场的分布和同步电机的性能有重大影响。 2316-3 16-3 同步电机的同步电机的铭牌铭牌及额定值及额定值铭牌铭牌我国生产的汽轮发电机有我国生产的汽轮发电机有QFQQFQ、QFNQFN、QFSQFS等系列。等系列。前两个字母表示汽轮发电机；第三个字母表示冷却方式，前两个字母表示汽轮发电机；第三个字母表示冷却方式， QQ表示氢外冷，表示氢外冷，N N表示氢内冷，表示氢内冷，S S表示双水内冷。表示双水内冷。系列：系列：TSTS系列，系列，T T表示同步，表示同步，S S表
7、示水轮。表示水轮。举例：举例：QFS-300-2 QFS-300-2 表示容量为表示容量为300MW300MW双水内冷双水内冷2 2极汽轮发极汽轮发 电机。电机。TSS1264/160-48TSS1264/160-48表示双水内冷水轮发电机，定表示双水内冷水轮发电机，定 子外径为子外径为12641264厘米，铁心长为厘米，铁心长为160160厘米，极数为厘米，极数为4848。同步电动机系列有同步电动机系列有TDTD、TDLTDL等，等，TDTD表示同步电动机，后表示同步电动机，后 面的字母指出其主要用途。如面的字母指出其主要用途。如TDGTDG表示高速同步电动表示高速同步电动 机；机；TDLT
8、DL表示立式同步电动机。同步补偿机为表示立式同步电动机。同步补偿机为TTTT系列系列 。24额定值额定值n一 额定容量SN或功率PN：长期安全运行的最大允许输出功率。n二 额定电压UN：额定工况时，线电压n三 额定电流IN：额定工况时，线电流n四 fn fn=50Hzn五 nN 额定运行时电机转速n六 额定功率因数（cosN）额定有功功率和视在功率的比值n七 额定效率N 电机额定运行的效率2516-4 16-4 同步电机的空载运行同步电机的空载运行一一 空载磁场空载磁场1 1 空载运行：空载运行：同步发电机空载运行是指同步发电同步发电机空载运行是指同步发电 机被原动机拖动到同步转速，转子励磁绕
9、组通机被原动机拖动到同步转速，转子励磁绕组通 入直流励磁电流而定子绕组开路时的运行工况入直流励磁电流而定子绕组开路时的运行工况 。 262 2 空载磁场空载磁场n n时气隙中的磁场仅有直时气隙中的磁场仅有直 流励磁电流产生的励磁流励磁电流产生的励磁 磁场，磁场， 称为空载磁场称为空载磁场 或主磁场。或主磁场。3 3 主磁路主磁路( ( 0 0的路径的路径) )主极铁心主极铁心气隙气隙电枢齿电枢齿 电枢磁轭电枢磁轭电枢齿电枢齿 气隙气隙另一主极铁心另一主极铁心转子磁轭。转子磁轭。27凸极同步电机的空载磁势凸极同步电机的空载磁势 励磁绕组为集中绕组，磁势波为励磁绕组为集中绕组，磁势波为矩形波矩形波
10、n n对于凸极发电机来说，由于定转子间的对于凸极发电机来说，由于定转子间的气隙沿整个电枢圆周分气隙沿整个电枢圆周分 布不均匀布不均匀，极面下气隙较小，磁阻较小；极间气隙较大，极间，极面下气隙较小，磁阻较小；极间气隙较大，极间 磁阻很大。同一个极面下，气隙径向磁通密度的分布近似于平磁阻很大。同一个极面下，气隙径向磁通密度的分布近似于平 顶的帽形。极靴以外的气隙磁通密度减少很快，相邻两极中线顶的帽形。极靴以外的气隙磁通密度减少很快，相邻两极中线 上的磁通密度为零。上的磁通密度为零。n n气隙磁密用付立叶谐波分析分解出气隙磁密用付立叶谐波分析分解出空间基波空间基波和一系列谐波。和一系列谐波。 AXB
11、CYz+A+A028n n感应电势的波形和大小与气隙磁密的分感应电势的波形和大小与气隙磁密的分 布形状及幅值大小紧密相关。布形状及幅值大小紧密相关。n n在设计和制造电机时，应采取适当的措在设计和制造电机时，应采取适当的措 施，以获得尽可能施，以获得尽可能接近正弦分布接近正弦分布的气隙的气隙 磁密，从而得到较高品质的感应电势。磁密，从而得到较高品质的感应电势。 29二空载特性二空载特性1. 1. 空载感应电势的大小与频率空载感应电势的大小与频率n基波电动势： E0=4.44fWkW100 0：磁极的基波每极磁通。磁极的基波每极磁通。WW：每相定子绕组串联匝数。每相定子绕组串联匝数。 302 2
12、空载特性：空载特性：当转子以恒定转速当转子以恒定转速n n旋转时，旋转时，为磁路的磁化特性为磁路的磁化特性与与 曲线相似曲线相似( (成比例成比例) )( )c1d0If(Ff)一般将发电机的空载额定电压一般将发电机的空载额定电压设计于弯曲部分设计于弯曲部分C C点点313. 3.电机磁路的饱和系数电机磁路的饱和系数n n气隙线气隙线: :将空载特性将空载特性的直线部分延长得线的直线部分延长得线 段段2 2，称为气隙线。，称为气隙线。( )ab c12 ngd0Ff0F设设oaoa代表额定电压代表额定电压， 则则acac为产生额定电压所需为产生额定电压所需磁势磁势: :32( )ab c12
13、ngd0Ff0Fab=F：不计饱和时产生oa电压所需磁势，称为气隙磁势。bcbc= =F FFeFe：由于饱和，使得产生由于饱和，使得产生 oaoa电压的磁势增大的部分，电压的磁势增大的部分， F FFeFe用以克服铁心磁阻所需磁势用以克服铁心磁阻所需磁势 。且。且F FFeFe铁心越饱和越大铁心越饱和越大。c当E0=UN 时：33ab c1ngd0If(Ff)Ff0F电机运行于曲线刚好弯曲除：电机运行于曲线刚好弯曲除： 1 1、充分利用材料；、充分利用材料； 2 2、不会过分饱和、不会过分饱和; ;34空载特性的工程应用空载特性的工程应用n n 将设计好的电机的空载特性与常规空载特性相比将设
14、计好的电机的空载特性与常规空载特性相比 较，如果两者接近，说明电机设计合理，反之，则说较，如果两者接近，说明电机设计合理，反之，则说 明该电机的明该电机的磁路磁路过于饱和或者材料没有充分利用。过于饱和或者材料没有充分利用。如如太饱和太饱和，将使励磁绕组用铜过多，且电压调节，将使励磁绕组用铜过多，且电压调节 困难困难如如饱和度太低饱和度太低，则负载变化时电压变化较大，且，则负载变化时电压变化较大，且 铁心利用率较低，铁心耗材较多铁心利用率较低，铁心耗材较多n n结合短路特性可以求取同步电机的参数结合短路特性可以求取同步电机的参数。n n发电厂通过测取空载特性来判断三相绕组的对称性发电厂通过测取空
15、载特性来判断三相绕组的对称性 以及励磁系统的故障。以及励磁系统的故障。 必须掌握必须掌握（* * ）35n n三、对空载电势的要求三、对空载电势的要求三相对称。三相对称。频率恒定。频率恒定。波形接近正弦。波形接近正弦。有一定幅值。有一定幅值。3616-5 16-5 对称负载时的电枢反应对称负载时的电枢反应 Armature reaction of synchronous generatorn n电枢反应电枢反应n n概念：内功率因数角概念：内功率因数角 n n不同情况电枢反应分析不同情况电枢反应分析371 1、电枢反应的定义：、电枢反应的定义：电枢反应：电枢电流产生的磁动势对励磁磁场的影响 38磁势分析磁势分析 1 1、定子三相对称绕组中对称三相电流产生基波电、定子三相对称绕组中对称三相电流产生基波电F Fa a枢磁势枢磁势（1 1） 大小：大小：（2 2） 转速：转速： (r/min) (r/min) （3 3） 转向：沿通电相序转向：沿通电相序A A、B B、C C的方向，它与转子转向相同的方向，它与转子转向相同（4 4）极对数：和转子极对数相同，决定于绕组的节距）极对数：和转子极对数相同，决定于绕组的节距y y2 2、转子绕组通入直流产生每极基波励磁磁势、转子绕组通入直流产生每极基波励磁磁势F Ff f1 1（1 1） 大小：大小：
